Министерство образования и науки Российской Федерации

Муромский институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

 «Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

(МИ ВлГУ)

 

Кафедра  УКТС 

 

 

 

«   31   »       05       2016 г.

 

 

 

 

Рабочая программа ДИСЦИПЛИНЫ

 

     Методы математического моделирования     

 




Направление подготовки

12.03.01 Приборостроение

Профиль подготовки

"Приборы и системы"

Квалификация (степень)выпускника

Бакалавр








          

Семестр

Трудоем-кость,

час. / зач. ед.

Лек-ции,

час.

 

Практи-ческие занятия,

час.

Лабора-торные работы,

час.

Консуль-тация,

час.

Конт-роль,

час.

Всего (контак-тная работа),

час.

СРС,

час.

Форма

промежу-точного контр.

(экз., зач., зач. с оц.)

4

72 / 2  

18  

 

16  

1,8  

0,25  

36,05  

35,95  

Зач.  

5

144 / 4  

16  

16  

 

3,6  

0,35  

35,95  

81,4  

Экз.(26,65)  

Итого

216 / 6  

34  

16  

16  

5,4  

0,6  

72  

117,35  

26,65  

 

Муром, 2016 г.


1. Цель освоения дисциплины

Цель дисциплины: подготовка к проектной деятельности в профессиональной сфере на основе системного подхода специалиста, умеющего строить и использовать модели для описания и прогнозирования различных явлений в информационных системах, осуществлять их качественный и количественный анализ.

Задачей дисциплины является формирование у студентов знаний и умений по созданию математических моделей процессов и объектов приборостроения и их исследованию на базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования и самостоятельно разработанных программных продуктов.

2. Место дисциплины в структуре ОПОП ВО (Цикл (Б1.Б.20))

Базовые дисциплины: «Математика», «Информатика». Базирующиеся дисциплины «Основы автоматического управления», «Основы проектирования приборов и систем», «Обнаружение и фильтрация сигналов», а так же возможное написание выпускной квалификационной работы.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-5 способность обрабатывать и представлять данные экспериментальных исследований.

ПК-2 готовность к математическому моделированию процессов и объектов приборостроения и их исследованию на базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования и самостоятельно разработанных программных продуктов.

 

В результате освоения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования:

1) Знать:

принципы математического моделирования информационных систем и процессов в технике (ПК-2).

основные программные продукты в области моделирования и исследования моделей процессов и объектов приборостроения (ОПК-5).

2) Уметь:

проводить исследования моделей с учетом их иерархической структуры (ПК-2).

анализировать результаты моделирования (ОПК-5).

3) Владеть:

навыками разработки математических моделей процессов и объектов приборостроения (ПК-2).

навыками анализа и построения моделей процессов и объектов на базе стандартных программных пакетов (ОПК-5).

 


4. Структура и содержание дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единиц, 216 часов.

 

4.1. Форма обучения: очная

Уровень базового образования: среднее общее.

Срок обучения 4г.

 

4.1.1. Структура дисциплины


 

Раздел (тема)

дисциплины

 

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость

(в часах)

 

Форма  текущего контроля успеваемости (по неделям семестра), форма промежуточной аттестации

  (по семестрам)

 

п\п

Семестр

Лекции

Семинары

Практические занятия

Лабораторные работы

Контрольные работы

СРС

КП / КР

Консультация

Контроль

1

Основные понятия теории моделирования

4

4

9

тестирование

2

Моделирование информационных процессов и систем сетями Петри

4

6

8

6

отчет, тестирование

3

Формализация и алгоритмизация информационных процессов

4

4

4

13

отчет, тестирование

4

Статистическое моделирование на ЭВМ

4

4

4

7,95

отчет, промежуточное тестирование

Всего за  семестр

72

18

16

35,95

1,8

0,25

Зач.

5

Принципы построения имитационных моделей

5

8

16

2,05

отчет, тестирование

6

Структуры информационных потоков системы управления серийным производством на поточной линии

5

8

79,35

тестирование

Всего за  семестр

144

16

16

81,4

3,6

0,35

Экз.(26,65)

Итого   

216

34

16

16

117,35

5,4

0,6

26,65

 

4.1.2. Содержание дисциплины

4.1.2.1. Перечень лекций

Семестр 4

Раздел 1. Основные понятия теории моделирования

Лекция 1.

Основные понятия теории моделирования (2 часа).

Лекция 2.

Аналитические и имитационные модели информационных процессов и систем (2 часа).

Раздел 2. Моделирование информационных процессов и систем сетями Петри

Лекция 3.

Планирование имитационных экспериментов с моделями (2 часа).

Лекция 4.

Моделирование информационных процессов и систем сетями Петри (2 часа).

Лекция 5.

Формализация и алгоритмизация информационных процессов (2 часа).

Раздел 3. Формализация и алгоритмизация информационных процессов

Лекция 6.

Статистическое моделирование (2 часа).

Лекция 7.

Генераторы псевдослучайных чисел (2 часа).

Раздел 4. Статистическое моделирование на ЭВМ

Лекция 8.

Моделирование случайных событий (2 часа).

Лекция 9.

Моделирование случайных величин с заданным законом распределения: аналитический подход; приближенный подход, основанный на кусочной аппроксимации (2 часа).

Семестр 5

Раздел 5. Принципы построения имитационных моделей

Лекция 10.

Формирование реализаций случайных потоков однородных событий: потоки с ограниченным последействием (2 часа).

Лекция 11.

Принципы построения имитационных моделей (2 часа).

Лекция 12.

Анализ детерминированного поведения временной сети Петри технологической системы (2 часа).

Лекция 13.

Анализ недетерминированного поведения временной сети Петри, моделирующей материальные потоки (2 часа).

Раздел 6. Структуры информационных потоков системы управления серийным производством на поточной линии

Лекция 14.

Получение структуры информационных потоков системы управления серийным производством на поточной линии (2 часа).

Лекция 15.

Взаимодействие процесса управления транспортной операцией с моделью этой операции (2 часа).

Лекция 16.

Сеть Петри взаимодействия процесса управления операцией ввода-вывода с моделью этой операции (2 часа).

Лекция 17.

Сеть Петри взаимодействия процесса управления обрабатывающей операцией с моделью этой операцию (2 часа).

 

4.1.2.2. Перечень практических занятий

Семестр 5

Раздел 1. Принципы построения имитационных моделей

Практическое занятие 1.

Практические способы определения критериев подобия при моделировании физических процессов (2 часа).

Практическое занятие 2.

Применение математического аппарата при моделировании электромеханических процессов (2 часа).

Практическое занятие 3.

Методика определения математической модели графической зависимости, характеризующей процесс электромеханических преобразований энергии (2 часа).

Практическое занятие 4.

Моделирование кривой МДС обмотки машины переменного тока (2 часа).

Практическое занятие 5.

Гармонический анализ МДС, создаваемых в воздушном зазоре обмотки (2 часа).

Практическое занятие 6.

Математическое моделирование механической характеристики однофазного двигателя Часть 1 (2 часа).

Практическое занятие 7.

Математическое моделирование механической характеристики однофазного двигателя Часть 2 (2 часа).

Практическое занятие 8.

Элементы моделирования магнитного поля (2 часа).

 

Методические указания для практических занятий приведены в информационно-образовательном портале https://www.mivlgu.ru/iop/course/view.php?id=2083

 

4.1.2.3. Перечень лабораторных работ

Семестр 4

Раздел 1. Моделирование информационных процессов и систем сетями Петри

Лабораторная 1.

Исследование имитационной модели трехфазной системы массового обслуживания (4 часа).

Лабораторная 2.

Имитационное моделирование участка комплектации сборочного цеха (4 часа).

Раздел 2. Формализация и алгоритмизация информационных процессов

Лабораторная 3.

Исследование имитационной модели многотерминальной системы автоматизированного проектирования (4 часа).

Раздел 3. Статистическое моделирование на ЭВМ

Лабораторная 4.

Исследование автоматизированной системы имитационного моделирования систем массового обслуживания сетями Петри (4 часа).

 

Методические указания для лабораторных занятий приведены в информационно-образовательном порталеhttps://www.mivlgu.ru/iop/course/view.php?id=2083

 

4.1.2.4. Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы

Методические указания для самостоятельной работы размещены на информационно-образовательном портале института по ссылке https://www.mivlgu.ru/iop/course/view.php?id=5058.

Для самостоятельной работы также используются издания из списка приведенной ниже основной и дополнительной литературы.

Перечень тем, вынесенных на самостоятельное изучение:

1. Классификация видов моделирования.

2. Имитационные модели технологических процессов.

3. Планирование экспериментов с моделями технологических процессов.

4. Свойства сетей Петри: недетерминированность, асинхронность, ограниченность, сохраняемость, потенциальная активность переходов.

5. Алгоритм построения дерева достижимости, применение дерева достижимости для анализа ограниченности, сохранения.

6. Способы задания конечных автоматов.

7. Представление конечных автоматов сетями Петри.

8. Концептуальные модели сложных систем.

9. Методология построения имитационных моделей сетями Петри.

10. Построение моделирующих алгоритмов.

11. Укрупненная блок-схема алгоритма имитационного моделирования.

12. Моделирование случайных событий в имитационной модели.

13. Формирование случайных потоков однородных событий.

14. Простейшие (пуассоновские) потоки.

15. Анализ детерминированного поведения сети Петри.

16. Получение оценок для частот срабатывания переходов.

17. Структура информационных потоков системы управления серийным производством.

18. Моделирование технологических процессов.

19. Схема сигналов синхронизации процессами управления операциями на поточной линии.

20. Сеть Петри процесса управления обрабатывающей операцией.

21. Взаимодействия процесса управления операцией ввода-вывода с моделью.

22. Сеть Петри взаимодействия процесса управления обрабатывающей операцией с моделью.

23. Моделирование станка с ЧПУ сетью Петри.

24. Моделирование материальных потоков между станками с ЧПУ сетями Петри.

 

4.1.2.5. Перечень тем контрольных работ, рефератов, ТР, РГР, РПР

Не планируется.

 

4.1.2.6. Примерный перечень тем курсовых работ (проектов)

Не планируется.

 

 

5. Образовательные технологии

В процессе изучения дисциплины применяется контактная технология преподавания (за исключением самостоятельно изучаемых студентами вопросов). При проведении занятий применяется имитационный или симуляционный подход, когда преподавателем разбирается на конкретном примере проблемная ситуация, все шаги решения задачи студентам демонстрируются при помощи мультимедийной техники. Затем студенты самостоятельно решают аналогичные задания. Так же при проведении занятий применяется частично-поисковый метод: студенты осуществляют поиск решения поставленной проблемы (задачи). При этом, постановочные задачи опираются на уже имеющиеся у студентов знания и умения, полученные в предшествующих темах.

 

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.

Фонды оценочных средств приведены в приложении.

 

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины Методы математического моделирования

7.1. Основная учебно-методическая литература по дисциплине

1. Белов П.С. Математическое моделирование технологических процессов [Электронный ресурс]: учебное пособие (конспект лекций)/ Белов П.С.— Электрон. текстовые данные.— Егорьевск: Егорьевский технологический институт (филиал) Московского государственного технологического университета «СТАНКИН», 2016. - http://www.iprbookshop.ru/43395

2. Салмина Н. Ю.C 164 Имитационное моделирование : учебное пособие / Н. Ю. Салмина. —Томск : Эль Контент, 2012. — 90 с - http://ibooks.ru/reading.php?productid=28018

 

7.2. Дополнительная учебно-методическая литература по дисциплине

1. Аверченков В.И. Основы математического моделирования технических систем [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Аверченков В.И., Федоров В.П., Хейфец М.Л.— Электрон. текстовые данные.— Брянск: Брянский государственный технический университет, 2012.— 271 c. - http://www.iprbookshop.ru/7003

2. Черный А.А. Математическое моделирование: Учеб. пособие – Пенза: Пенз.гос.ун-т, 2011. – 256 с. - http://window.edu.ru/resource/912/72912

3. Псигин, Ю. В. Лабораторные работы по дисциплине «Основы математического моделирования» : учебное пособие / Ю. В. Псигин, С.И. Рязанов, А.Д. Евстигнеев ; под общ. ред. Н.И. Веткасова. – Ульяновск :УлГТУ, 2010. – 89 с. - http://window.edu.ru/resource/471/74471

 

7.3. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса по дисциплине, включая перечень программного обеспечения и информационных справочных систем

В образовательном процессе используются информационные технологии, реализованные на основе информационно-образовательного портала института (www.mivlgu.ru/iop), и инфокоммуникационной сети института:

- предоставление учебно-методических материалов в электроном виде;

- взаимодействие участников образовательного процесса через локальную сеть института и Интернет;

- предоставление сведений о результатах учебной деятельности в электронном личном кабинете обучающегося.

Информационные справочные системы:

Портал знаний http://statistica.ru/branches-maths/obzor-chislennykh-metodov/

Образовательный математический сайт - http://www.exponenta.ru/soft/Mathcad/UsersGuide/0.asp.

Математический форум Math Help Planet http://mathhelpplanet.com/viewforum.php?f=22.

Национальный Открытый Университет "Интуит" http://www.intuit.ru/

Программное обеспечение:

Лаборатория компьютерных технологий в приборостроении:

- Microsoft Windows XP (подписка DreamSpark Premium Electronic Software Delivery (3 year) Renewal, договор №453 от 16.12.2014 года);

- Kaspersky Endpoint Security для бизнеса – Стандартный Russian Edition (Договор №436 от 11.11.2014 года);

- Mathcad Education – University Edition (100 pack) v.15 (Государственный контракт №1, от 10.01.2012 года);

- Mathworks Academic new Product в составе: Matlab Simulink signal processing toolbox DSP systems (договор №1 от 10 01.2014г.);

- Пакет программ: Open Office (freeware).

 

7.4. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», необходимых для освоения дисциплины

iprbookshop.ru

ibooks.ru

window.edu.ru

 

8. Описание материально-технической базы, необходимой для осуществления образовательного процесса по дисциплине

Лаборатория компьютерных технологий в приборостроении:

- ЭВМ IN Win Intel Core 2 Duo E8400 11 шт., IN Win Intel Core 2 Duo E5500;

- коммутатор TRENDnet;

- проектор Acer;

- экран настенный.

 

9. Методические указания по освоению дисциплины

Процесс изучения дисциплины включает лекции, лабораторные занятия, самостоятельную работу студента и практические занятия.

Форма заключительного контроля при промежуточной аттестации – экзамен. Для проведения промежуточной аттестации по дисциплине разработаны фонд оценочных средств и балльно-рейтинговая система оценки учебной деятельности студентов. Оценка по дисциплине выставляется в информационной системе и носит интегрированный характер, учитывающий результаты оценивания участия студентов в аудиторных занятиях, качества и своевременности выполнения заданий в ходе изучения дисциплины и промежуточной аттестации.

 


лист_утверждения


РЕЦЕНЗИЯ

на  рабочую программу дисциплины

«Методы математического моделирования»

по направлению подготовки 12.03.01 Приборостроение

 

Рабочая программа дисциплины «Методы математического моделирования» составлена в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта по направлению подготовки 12.03.01 Приборостроение.

На изучение данного курса по учебному плану отводится 216 час. (6 ЗЕТ). Формой итогового контроля изучения дисциплины является зачет / экзамен .

Цель дисциплины: подготовка к проектной деятельности в профессиональной сфере на основе системного подхода специалиста, умеющего строить и использовать модели для описания и прогнозирования различных явлений в информационных системах, осуществлять их качественный и количественный анализ.

Задачей дисциплины является формирование у студентов знаний и умений по созданию математических моделей процессов и объектов приборостроения и их исследованию на базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования и самостоятельно разработанных программных продуктов.

Содержание занятий соответствуют требованиям образовательного стандарта. Имеется перечень вопросов для самостоятельной работы студентов, способствующий более глубокому изучению дисциплины.

Освоение дисциплины позволит студентам приобрести теоретические и практические знания, необходимые при решении задач в будущей практической деятельности.

Предлагаемые фонды оценочных средств для выявления уровня знаний и умений обучаемых полностью охватывает содержание курса и соответствуют ФГОС.

Перечень учебно-методической литературы достаточен для изучения дисциплины. Имеются ссылки на электронно-библиотечные системы.

Рабочая программа дисциплины «Методы математического моделирования» рекомендуется для использования в учебном процессе по направлению подготовки 12.03.01 Приборостроение.

 

31.05.2016 г.